Watt
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: công suất, dòng năng lượng
01 · Định nghĩa
Công suất mà ở đó mỗi giây tiêu tốn một joule năng lượng. Không phải lượng mà là nhịp: watt trả lời câu hỏi «nhanh đến đâu», chứ không phải «bao nhiêu».
Sự khác nhau giữa watt và watt giờ là chỗ nhầm lẫn hay gặp nhất trong điện năng gia đình. Chiếc ấm hai nghìn watt không «chứa» năng lượng, nó tiêu năng lượng ở một tốc độ nhất định; đã tiêu bao nhiêu thì công tơ sẽ chỉ ra bằng kilowatt giờ. Cùng một việc có thể làm nhanh với công suất lớn hoặc chậm với công suất nhỏ: một lít nước, ấm đun sôi trong ba phút, còn que đun nhúng yếu mất nửa giờ, mà năng lượng tốn như nhau. Từ đó có quy tắc: công suất định đoạt thời gian, năng lượng định đoạt hoá đơn.
Công suất của một thiết bị cho biết năng lượng chảy nhanh đến đâu; công tơ đếm xem đã chảy vào bao nhiêu. Vì thế đèn led tám watt và đèn dây tóc sáu mươi watt sáng như nhau, nhưng sau một tháng lại cho những con số khác nhau trên hoá đơn. Cũng vì lẽ đó dung lượng pin được ghi bằng watt giờ chứ không phải watt: pin cất giữ một lượng, còn nhả ra nhanh chậm thế nào là do tải đòi.
02 · Quy đổi
Watt, mã lực, calo mỗi giờ
Mã lực có hai: loại mét bảy trăm ba mươi lăm phẩy năm watt và loại Anh bảy trăm bốn mươi sáu. Chênh lệch chừng một phẩy năm phần trăm, và trong thông số ô tô thì thấy rõ.
James Watt rút ra mã lực từ việc quan sát ngựa ở một xưởng bia: ông coi rằng một con ngựa nâng ba mươi ba nghìn pound lên một foot trong một phút, rồi bán máy hơi nước bằng cách so với con số ấy. Thước đo hoá ra rộng rãi — ngựa thật không kham nổi ngần ấy trong lâu. Mã lực mét xuất hiện về sau dưới dạng bảy mươi lăm kilôgam mét trên giây và không trùng với mã lực Anh.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| W | watt, đơn vị SI | 1 | dùng trong nhà và trong khoa học |
| kW | kilowatt | 0,001 | động cơ, sưởi ấm |
| MW | megawatt | 1·10⁻⁶ | công nghiệp, nhà máy điện |
| GW | gigawatt | 1·10⁻⁹ | tổ máy, hệ thống điện |
| mW | miliwatt | 1000 | điện tử, laser |
| J/s | joule trên giây | 1 | cũng chính là watt |
| mã lực | mã lực mét | 0,0014 | giấy đăng ký xe ở châu Âu |
| hp | mã lực Anh | 0,0013 | kỹ thuật nói tiếng Anh |
| kcal/h | kilocalo mỗi giờ | 0,8598 | công suất nhiệt của nồi hơi |
| BTU/h | đơn vị nhiệt Anh mỗi giờ | 3,41 | máy lạnh và lò sưởi |
| kgf·m/s | kilôgam lực mét trên giây | 0,102 | tính toán cơ học cũ |
| erg/s | erg trên giây, hệ CGS | 1·10⁷ | vật lý thiên văn, độ trưng |
Joule trên giây và watt là một. Dòng điện được tính cho tải thuần trở với hệ số công suất bằng một; ở động cơ và nguồn xung nó sẽ cao hơn
03 · Bậc độ lớn
từ chiếc đồng hồ đeo tay tới độ trưng của Mặt TrờiMột watt — bộ sạc để chờ
04 · Dụng cụ đo
Đo công suất bằng gì
Thiết bị điện động nhân dòng với áp bằng đường cơ học: một cuộn mắc vào chỗ ngắt của mạch, cuộn kia song song với tải. Kim chỉ ngay công suất tác dụng và đã tính cả độ lệch pha mà không cần hiệu chỉnh gì.
Người ta ghì động cơ bằng phanh, đo mô men trên trục và tốc độ quay, nhân lên — ra công suất. Các con số trong giấy đăng ký xe chính là có được như vậy; trên băng con lăn còn cộng thêm hao tổn của hệ truyền động, nên kết quả thấp hơn trị số nhà máy.
Một cột nhiệt điện có mặt bôi đen hút trọn chùm tia và cho ra điện áp tỉ lệ với dòng nhiệt. Dải đo trải từ vài miliwatt của laser phòng thí nghiệm tới hàng kilowatt của cắt công nghiệp.
Dưới vòm kính, một cột nhiệt điện so sánh mức nóng lên của một ô đen và một ô trắng rồi cho mật độ dòng tính bằng watt trên mét vuông. Vào giữa trưa quang đãng máy chỉ khoảng một nghìn — và đó chính là trần của mọi tấm pin mặt trời đặt bên dưới.
05 · Quy tắc viết
W hoa, không dấu chấm
Ký hiệu bắt nguồn từ một họ người nên viết hoa, còn tên trong văn bản viết thường: watt, nhưng W. Tiền tố kilo viết chữ nhỏ, mega và giga viết chữ hoa. Ký hiệu tiếng Nga là Вт.
Ví dụ thứ ba lẫn công suất với năng lượng: cái tiêu thụ được là kilowatt giờ, còn kilowatt là tốc độ tiêu thụ. Watt giờ viết bằng dấu nhân chấm và cách chữ số một khoảng trắng. Mã lực không được khuyên dùng trong tài liệu kỹ thuật, nhưng vẫn còn trên giấy đăng ký xe: ở nhiều nước thuế tính đúng theo nó, và trong giấy ghi cả hai con số.
06 · Các đơn vị lân cận
Joule chia cho giây thì ra watt; watt nhân với một giờ thì trả lại năng lượng. Vôn-ampe có cùng thứ nguyên nhưng là đại lượng khác.
Trong các phiếu lân cận của Simetrium: jun như năng lượng, và kilowatt giờ như đơn vị thường ngày của nó, vôn-ampe và var cho công suất dòng xoay chiều, mã lực cho kỹ thuật, và lumen — quang thông, thứ thường bị lẫn với công suất điện của bóng đèn.
07 · Phần lịch sử
Người ta học so sánh cỗ máy với con ngựa ra sao
James Watt phải giải thích cho người mua rằng cỗ máy của ông thay được bao nhiêu con ngựa. Ông đo công của những con ngựa kéo cối rồi định mã lực là ba mươi ba nghìn foot-pound mỗi phút, có chừa dôi ra phần lợi cho người mua.
Châu Âu lục địa chuyển cùng ý ấy sang đơn vị của mình: bảy mươi lăm kilôgam mét trên giây. Con số thành ra khác, cái tên vẫn thế, và từ đó trong thông số động cơ cùng tồn tại hai mã lực.
Đại hội Quốc tế các nhà kỹ thuật điện đã ấn định watt cho công suất điện và đặt tên theo Watt. Thế là người phát minh máy hơi nước đã cho tên mình cho đơn vị dùng để đo bóng đèn và máy biến áp.
Suốt nhiều chục năm người mua chọn đèn theo watt, quen rằng sáu mươi nghĩa là độ sáng quen thuộc. Với đèn led mối liên hệ ấy đứt: cũng ánh sáng đó nay chỉ cần tám watt, và trên hộp đành phải in lumen.
Watt trở thành đơn vị mà qua đó kilôgam được định nghĩa
Công suất từ lâu bị coi là đại lượng thuần ứng dụng, cho tới khi nó nằm ở nền móng của đo lường khối lượng. Cân watt, do Bryan Kibble nghĩ ra vào năm bảy mươi lăm, cân bằng trọng lượng một quả cân với lực tác dụng lên cuộn dây đặt trong từ trường, và trong hai chế độ đo thì so công suất cơ với công suất điện. Công suất điện khi ấy được biểu diễn qua các hiệu ứng lượng tử Josephson và Hall, tức là qua hằng số Planck. Sau lần soát lại hệ đơn vị năm hai nghìn mười chín, hằng số được ấn định bằng một con số, và chiếc cân bắt đầu làm việc theo chiều ngược: nó không đo kilôgam nữa mà hiện thực hoá kilôgam. Thiết bị được đổi tên thành cân Kibble, còn nguyên lý thì vẫn thế — sự bằng nhau của hai công suất, cơ và điện, biểu diễn bằng chính những watt ấy.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của watt đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — kilôgam, mét và giây, những thứ dựng nên wattĐơn vị ngoài SI
màu đất nung — đơn vị của công suất và của năng lượngNgôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu W mang tính quốc tế, nhưng thước đo quen thuộc cho công suất động cơ thì khác nhau: mã lực mét ở châu Âu, mã lực Anh ở Mỹ, kilowatt trong giấy tờ.